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豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)受關(guān)注 利用近海近海微風(fēng)發(fā)電

2012-08-06 來源:科技日報 瀏覽數(shù):788

  在人們大力推廣陸基橫軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(HAWTs)系統(tǒng)的今天,美國能源部桑迪亞國家實驗室風(fēng)能研究人員則開始重新評估豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(VAWTs),目的是解決困擾利用近海微風(fēng)發(fā)電中的難題。事實上,無論是桑迪亞國家實驗室還是其他研究機(jī)構(gòu),在人們開始研究風(fēng)力的時候,豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)就是關(guān)注的對象。
  豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在著三方面的優(yōu)勢,它們分別是發(fā)電機(jī)設(shè)備的重心低、構(gòu)造相對簡單、更容易向大尺寸發(fā)展。研究人員認(rèn)為,豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)重心較低意味著能夠改善在海上漂浮的穩(wěn)定性和降低重心疲勞負(fù)荷。此外,豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動力傳動系統(tǒng)接近海平面,有望更容易維修并更快被利用。豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)部件更少且疲勞負(fù)荷低和維修容易降低了維護(hù)成本。
  結(jié)構(gòu)簡單
  在美國能源部的支持下,桑迪亞國家實驗室目前在為美國近海風(fēng)能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)開發(fā)先進(jìn)的轉(zhuǎn)子技術(shù),此項為期5年、投資達(dá)410萬美元的研究始于今年1月。桑迪亞國家實驗室風(fēng)能項目風(fēng)能技術(shù)經(jīng)理大衛(wèi)·敏斯特表示,風(fēng)能項目的目標(biāo)是加強(qiáng)低碳發(fā)電的應(yīng)用,應(yīng)對全國能源面臨的挑戰(zhàn)。
  桑迪亞國家實驗室研究項目負(fù)責(zé)人之一喬希·帕奎特說,從機(jī)械簡明性的角度看,豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)十分可取。因為它們發(fā)電時不需要將葉片指向風(fēng)向的控制系統(tǒng),所以它們的部件要少于常見的橫軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
在研究人員看來,近海風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計必須解決支撐結(jié)構(gòu)高成本的問題,并能滿足簡單且可靠的要求,同時在設(shè)備尺寸超過陸基風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的情況下仍能實現(xiàn)可盈利運(yùn)行。
  大型近海豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片長度超過300米后,葉片的制造成本將超過陸基風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的制造成本。然而,隨著發(fā)電系統(tǒng)和其基底變大,渦輪機(jī)和轉(zhuǎn)子占整個系統(tǒng)成本的比例卻在減少,因此豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的其他好處將會抵消葉片成本的增加。
  重重難題
  當(dāng)然,在豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用于近海發(fā)電前,人們還面臨著種種需要解決的難題。
  首先,豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片具有十分復(fù)雜的弧形表面,其生產(chǎn)難度高。制造超長的豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片需要創(chuàng)新的工程手段,對此,桑迪亞國家實驗室另一位項目負(fù)責(zé)人馬特·巴羅內(nèi)表示,愛荷華州立大學(xué)和TPI復(fù)合材料公司將研發(fā)新的技術(shù)以幫助生產(chǎn)幾何形狀復(fù)雜的豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片,它們的目標(biāo)是以能夠承受的成本生產(chǎn)尺寸超大的產(chǎn)品。
  其次,豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)必須解決葉片附加給動力傳動系統(tǒng)循環(huán)荷載的問題。當(dāng)風(fēng)力穩(wěn)定時,橫軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扭矩也保持穩(wěn)定。豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)則不同,因為每個葉片有兩個扭矩和動力“脈沖”,這取決于葉片是處于逆風(fēng)還是順風(fēng)的位置。這種扭矩波動的結(jié)果給葉片帶來了不穩(wěn)定的荷載,能導(dǎo)致動力傳動系統(tǒng)出現(xiàn)疲勞。研究人員將評估新的轉(zhuǎn)子設(shè)計,了解在保持轉(zhuǎn)子成本較少增加的情況下,能否消除周期性扭矩“脈沖”的影響。

【延伸閱讀】

標(biāo)簽:

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